HUBUNGAN DOSIS RESPON ABERASI KROMOSOM YANG DIINDUKSI RADIASI GAMMA Co-60 Yanti Lusiyanti, Zubaidah Alatas dan Iwiq Indrawati Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi Jl. Lebak Bulus Raya No. 49, Jakarta 12070 ABSTRAK HUBUNGAN DOSIS RESPON ABERASI KROMOSOM YANG DIINDUKSI RADIASI SINAR GAMMA Co-60. Aberasi kromosom merupakan biomarker untuk memprediksi tingkat kerusakan sel akibat pajanan radiasi pada tubuh. Aberasi kromosom bentuk disentrik merupakan aberasi kromosom spesifik akibat radiasi pengion. Kurva dosis respon aberasi kromosom menggambarkan hubungan antara frekuensi aberasi kromosom dengan dosis serap yang diterima tubuh. Untuk mengetahui korelasi antara aberasi kromosom disentrik dengan dosis radiasi, telah dilakukan iradiasi secara in vitro pada sel limfosit darah perifer menggunakan sinar γ dengan laju dosis 100 cgy/menit pada kisaran dosis 0 (kontrol); 1,0; 2,0; 3,0 dan 4,0 Gy menggunakan pesawat teleterapi Co-60 di RSCM. Hasil penelitian menunjukkan bahwa frekuensi kromosom disentrik meningkat sebagai fungsi dosis. Hasil analisis kurva respon-dosis diperoleh dengan model Y= a + αd + βd 2, dimana Y adalah jumlah disentrik, a = disentrik akibat radiasi latar, D = dosis, α adalah koefisien korelasi linear untuk aberasi yang diinduksi oleh radiasi jejak tunggal (single track) dan β koefisien kuadrat dosis untuk aberasi yang diproduksi oleh radiasi jejak ganda. Diperoleh nilai koefisien linier α = 1,4.10-4, β = 4,5. 10-4 dan koefisien korelasi sebesar 0,97. Hubungan dosis respon aberasi kromosom disentrik yang diinduksi radiasi gamma Y= 0,3.10-4 + 1,4.10-4 D + 4,5.10-4 D 2. Hubungan dosis respon ini dapat digunakan sebagai data awal untuk memperoleh kurva standar untuk dosimeter biologi. Kata kunci : aberasi kromosom, disentrik, radiasi gamma, hubungan dosis respon ABSTRACT DOSE RESPONSE RELATIONSHIP OF CHROMOSOME ABBERATIONS INDUCED BY GAMMA RAYS FROM Co-60. Chromosome aberrations is a biomarker used to predict level of cell damage induced by ionizing radiation. The structural alteration of chromosome (chromosomal aberration) dicentric is specific indicator due to ionizing radiation. Respons dose curve of chromosome aberrations describes a relationship between the absorbed dose and frequency of chromosome aberrations. This research had been conducted to obtain the correlation between chromosome aberrations and dose. The lymphocyte of peripheral blood cell were exposed in vitro with gamma rays at a dose rate of 100 cgy/hour with variant doses of 0 (control);1,0;2,0;3,0 and 4,0 Gy using teletheraphy Co-60 at RSCM. The result indicated that frequency of dicentrics/cell increased proportionally with doses. The analysis of relationship dicentric respon dose obtained from model Y= a + αd + βd 2 ; with Y is frequency of dicentric, a = background of dicentric, α = coefficient correlation of aberration produced by single track and β is coefficient correlation of aberrations produced by double tracks. It was found that coefficient α and β were α 1.4.10-4 and β 4.5.10-4 respectively and the correlation coefficient was 0.97. Dose respon relationship of dicentric chromosome aberrations induced by gamma rays is Y = 0.3.10-4 + 1.4.10-4 D + 4.5.10-4 D 2. This dose respons relationship can be used as data base to establish a standard curve for biological dosimetry. Key words : chromosome aberrations, dicentric, gamma irradiations, dose response relationship 387
1. PENDAHULUAN. Interaksi berkas radiasi dengan tubuh akan menghasilkan suatu distribusi dosis dalam tubuh yang sangat sulit diukur secara langsung, sehingga penyerapan langsung pada tubuh akan terlihat melalui efek-efek biologis. Penggunaan analisis aberasi kromosom pada tubuh untuk mendeteksi adanya penyerapan radiasi melalui pemeriksaan limfosit perifer pertama kali diperkenalkan oleh Bender and Gooch pada tahun 1962. Pada umumnya analisis kromosom telah dilakukan terhadap pekerja pada saat terkena pajanan radiasi dari kecelakaan tunggal yang tidak menggunakan dosimeter perorangan. Metode ini juga digunakan pada rekonstruksi pada populasi yang terpajan dalam skala besar, seperti observasi berbagai populasi pada korban selamat dari Hirosima dan Nagasaki, pekerja pembersihan di Chernobyl, atau masyarakat yang terkena pajanan pada kecelakaan patahnya sumber 137 Cs di Goiânia, Brazil [1.2] Kerusakan pada tingkat sitogenetik yang diinduksi oleh radiasi berupa perubahan struktur pada kromosom yang dapat bersifat tak stabil dan stabil. Aberasi kromosom yang bersifat tak stabil contohnya disentrik (kromosom dengan dua sentromer), cincin (kromosom bentuk cincin) dan fragmen asentris (kromosom tanpa sentromer). Kromosom ini bersifat tak stabil karena sel yang mengandung kromosom ini akan mati pada saat pembelahan sel, sehingga tidak diturunkan pada sel anak. Kromosom yang bersifat stabil contohnya translokasi yaitu kromosom yang mengalami perpindahan bagian kromosom antar dua kromosom atau antar kromosom yang sama. Sel dengan kromosom translokasi ini tidak mengalami kematian ketika melakukan pembelahan sel sehingga dapat diturunkan pada sel anak [3,4,5]. Kromosom disentrik merupakan aberasi kromosom yang spesifik akibat pajanan radiasi seperti sinar gamma dan untuk terjadinya aberasi kromosom disentrik diperlukan dua patahan yang dihasilkan oleh jejak ionisasi tunggal atau interaksi dua jejak ionisasi yang terpisah. Aberasi ini dapat segera diamati dan dihitung dalam preparat limfosit perifer manusia yang dipapari secara in-vitro maupun in-vivo. Kisaran dosis radiasi pengion yang dapat menginduksi aberasi kromosom adalah 25 cgy - 800cGy (sinar X dan sinar gamma). Keboleh jadian terbentuknya kromosom disentrik sekitar 2,22 ± 0,94 x 10-4 /cgy dan frekuensi kromosom cincin < 10 % dari disentrik [4,5,6]. Kerusakan struktur kromosom atau aberasi kromosom dapat dilihat pada sel darah limfosit yang merupakan sel tubuh yang paling sensitif terhadap radiasi. Semakin banyak aberasi kromosom yang terbentuk menunjukkan semakin besar dosis radiasi yang diterima. Frekuensi aberasi kromosom yang tersimpan dalam sel lmfosit ini digunakan sebagai dosimeter biologi yang dianggap sebagai metode yang berperan penting untuk keperluan proteksi radiasi para pekerja radiasi bila terpajan radiasi secara berlebihan, disamping dosimeter fisik seperti TLD, film badge dan lainnya. Untuk pembuatan kurva kalibrasi frekuensi disentrik terhadap dosis dilakukan dengan mengiradiasi limfosit yang distimulasi dan dibiakkan secara in vitro. Pada umumnya untuk radiasi dengan Linear Energy Transfer (LET) rendah menggunakan hubungan respon dosis linear kuadratik. Pada dosis di atas 8 Gy atau setara dengan hasil 5 disentrik/sel kejenuhan dari kurva akan muncul. Untuk radiasi LET tinggi, hubungan respon dosis untuk disentrik akan linear. Radiasi LET tinggi akan efiisien mengakibatkan disentrik dibanding LET rendah, contohnya sinar X lebih efisien dari pada sinar γ [1]. Frekuensi terjadinya aberasi kromosom khususnya jenis disentrik akibat pajanan radiasi sangat bervariasi, antara lain bergantung pada LET, laju dosis, dosis dan energi. Dengan mengetahui frekuensi disentrik sebagai fungsi dosis suatu jenis radiasi maka dapat dibuat kurva baku untuk jenis radiasi tersebut [3]. Pada makalah ini akan dilaporkan hubungan respon aberasi kromosom yang diinduksi oleh radiasi gamma Co-60. Diharapkan data ini dapat digunakan sebagai data awal untuk memperoleh kurva baku yang digunakan sebagai dosimeter biologi untuk keperluan proteksi radiasi para pekerja radiasi 2. TATA KERJA 2.1. Iradiasi sampel darah Iradiasi dilakukan dengan menggunakan sinar gamma dari Co-60 di Bagian Radioterapi RSCM. Sebelum pesawat digunakan untuk menyinari sampel darah, terlebih dahulu dilakukan pengukuran dosis serap radiasi sinar 388
gamma Co-60 dengan menggunakan detektor kamar pengion 0,6 cc tipe NE 2581 yang dirangkaikan dengan elektrometer Farmer tipe 2570A. Detektor diletakkan di dalam fantom air berukuran 30 cm x 30 cm x 30 cm di kedalaman 5 cm dengan jarak sumber radiasi ke permukaan fantom 80 cm dan luas lapangan radiasi 10 cm x 10 cm, pada kedalaman 5 cm air. Keluaran berkas sinar gamma dihitung dengan persamaan yang terdapat dalam Technical Reports Series No 277 [7]. Dengan menggunakan kondisi pengukuran yang sama seperti saat pengukuran pengeluaran berkas sinar gamma, sebanyak 5 ml sampel darah manusia dalam tabung sentrifus diirradiasi dengan variasi dosis 1,0; 2,0; 3,0; dan 4,0 Gy pada laju dosis 100c Gy/menit. Untuk setiap dosis, iradiasi dilakukan sebanyak 3 kali. 2.2. Pembiakan darah Sebanyak 1 ml darah yang telah diirradiasi dibiakkan dalam media pertumbuhan yang diperkaya dengan RPMI-1640, fetal bovine serum, PHA dan penicillin streptomycin. Botol biakan ditutup rapat dan disimpan dalam inkubator 37º C selama 53 jam. Pada 3 jam sebelum panen, ditambahkan kolhisin untuk menghentikan proses pembelahan agar sel berada pada tahap metafase. 2.3. Pemanenan darah Darah yang telah dibiakkan, disentrifus dengan kecepatan 1500 rpm selama 5 menit. Supernatan dibuang dan endapan darah diaduk dengan pipet pasteur dan ditambah dengan larutan KCL lalu disimpan di waterbath selama 20 menit. Pada biakan ditambahkan 8 tetes larutan carnoy, dikocok dan didiamkan selama 10 menit. Selanjutnya biakan tersebut disentrifuse kembali dengan kecepatan yang sama, supernatan dibuang dan pada endapan ditambahkan kembali larutan carnoy. Tahapan ini diulang beberapa kali sampai diperoleh limfosit yang berwarna putih 2.4. Pembuatan preparat dan pengamatan Endapan limfosit diteteskan di atas gelas objek pada tiga tempat berbeda. Setelah kering, preparat diwarnai dengan Giemsa 4%. Preparat ditutup dengan gelas penutup, dan dilakukan pengamatan terhadap jenis aberasi kromosom yang ada dengan mikroskop dengan perbesaran 1000 x. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengamatan aberasi kromosom disentrik dilakukan pada saat sel berada pada tahap metafase pada siklus pembelahan sel yang pertama. Menurut prosedur standar dari IAEA, untuk dosis > 1Gy diperlukan minimal 200 sel, sedangkan untuk dosis radiasi yang lebih rendah diperlukan minimal sekitar 1000 sel [4]. Data aberasi kromosom pada sel darah limfosit perifer manusia dapat dipakai sebagai dosimeter biologi dan telah menjadi gold standard untuk kepentingan proteksi radiasi sebagai pendukung untuk dosimeter fisik. Untuk menggunakan sistem ini, sangat perlu diketahui terlebih dahulu hubungan antara frekuensi aberasi kromosom dan dosis secara in vitro dari beberapa jenis radiasi dengan kisaran laju dosis yang berbeda Pada penelitian ini aberasi kromosom disentrik pada sel limfosit perifer yang diinduksi radiasi sinar gamma Co-60 ditampilkan pada Tabel 1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa frekuensi aberasi kromosom disentrik meningkat sesuai dengan bertambahnya dosis. Pada dosis 1Gy frekuensi disentrik/sel metafase adalah 0,0017, sedang untuk dosis 4 Gy frekuensinya meningkat menjadi 0,08. Tabel 1. Data aberasi kromosom disentrik pada sel limfosit yang diiradiasi dengan sinar gamma Co-60 pada laju dosis 100 cgy/menit Dosis (Gy) Jumlah sel Kromosom Disentrik Kromosom Disentrik/sel 0 1800 0 0 1 3465 60 0,0173 ± 0,002 2 1500 31 0,0206 ± 0.003 3 1496 69 0,0461 ± 0,005 4 1091 92 0, 0843 ± 0,008 389
Dari data tersebut dapat dibuat kurva respon dosis untuk pengamatan kromosom disentrik sebagai fungsi dosis radiasi. Bentuk dari kurva dosis respon salah satunya dipengaruhi oleh kualitas radiasi yang diindikasikan oleh nilai LET. Dengan meningkatnya LET, terdapat probablitas lebih besar dua kerusakan dalam target akan diinduksi oleh dua kejadian ionisasi sepanjang jejak yang sama, menghasilkan dua konsekuensi. Kurva dosis respon akan linear pada LET di atas sekitar 20 kev/μm [4]. Dengan demikian, kurva dosis respon untuk LET rendah tidak akan linear dan cocok atau sesuai dengan model Linear Kuadratik (LQ) Y= a + αd + βd 2, dimana Y adalah jumlah disentrik, a adalah disentrik akibat radiasi latar, D adalah dosis, α adalah koefisien korelasi linear untuk aberasi yang diinduksi oleh radiasi jejak tunggal (single track) dan β koefisien kuadrat dosis untuk aberasi yang diproduksi oleh radiasi jejak ganda [3,4,8]. Dari hasil analisis data yang diperoleh dari persamaan Linear Kuadratik didapatkan nilai a adalah 0,003 ± 0,006, nilai koefisien α adalah 0,001 ± 0,007 dan nilai koefisien β 0,004 ± 0,001. Dengan demikian diperoleh persamaan untuk hubungan dosis respon aberasi kromosom disentrik yang diinduksi radiasi gamma adalah Y = 0,003 + 0,001 D + 0,004D 2 dengan nilai koefisien korelasi r = 0,97 (Gambar 1). Pada penelitian ini, nilai koefisien α lebih kecil dari koefisien β menunjukkan bahwa disentrik yang terbentuk akibat jejak radiasi ganda lebih banyak dibanding jejak radiasi tunggal dan sesuai dengan teori tersebut. Disentrik/sel 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 Disentrik/sel L-Q Fitting 0 1 2 3 4 5 Dosis/Gy Gambar 1. Hubungan respon aberasi kromosom disentrik versus dosis sinar gamma Co-60 pada laju dosis 100cGy/menit. aberasi disentrik, memerlukan 2 patahan yang dapat disebabkan oleh satu atau dua jejak. Kemungkinan terjadinya 2 patahan atau lebih oleh lintasan tunggal sangat rendah pada LET rendah seperti sinar X atau gamma [9]. Namun semakin bertambah besar dosis semakin banyak pula frekuensi disentrik karena jumlah jejak ganda semakin bertambah. Sinar X dan sinar gamma mempunyai LET rendah artinya frekuensi ionisasinya rendah untuk setiap unit jarak jejak atau lintasan. Oleh karena itu, probabilitas dua ionisasi oleh jejak tunggal yang terjadi pada sel sebagai target akan rendah. Paling tidak dibutuhkan dua ionisasi untuk menghasilkan kerusakan pada 2 kromosom yang akhirnya akan bergabung dan membentuk sebuah kromosom disentrik. Probabilitas jauh lebih tinggi bila 2 kerusakan ditimbulkan oleh ionisasi dari dua jejak yang diperoleh. Dengan demikian frekuensi disentrik yang disebabkan oleh jejak tunggal akan setara dengan fungsi linear dosis, sedangkan disentrik akibat 2 jejak mempunyai track yang proporsional dengan kuadrat dosis. Namun demikian sebagai radiasi dengan LET rendah sinar X dan gamma mempunyai kemampuan menginduksi kerusakan yang relatif tidak sama. Pada saat radiasi bersifat gelombang elektromagnetik ini berinteraksi dengan sebuah atom, maka keduanya akan melepaskan elektron sekunder. Radiasi gamma dari Co-60 dengan energi 1,1 MV mempunyai nilai LET lebih rendah yaitu 0,2 kev/μm dari sinar X 250 kvp yaitu 2 kev/μm, dengan demikian efektivitas sinar gamma dalam merusak materi biologi menjadi lebih rendah, sampai sekitar 10% [3,4]. Hal ini terlihat pada perbedaan nilai koefisien (α ) dan ( β ) untuk sinar gamma dan sinar X pada Tabel 2. Faktor yang mempengaruhi perbedaan tersebut, selain faktor fisik dan biologis, juga perbedaan antar laboratorium. Faktor fisik yang berpengaruh pada induksi pembentukan disentrik adalah LET, laju dosis dan dosis sedangkan faktor biologi diantaranya adalah kinetika sel limfosit, variasi media kultur dan sensitivitas sel [3]. Dengan adanya perbedaan ini, maka sangat diperlukan setiap laboratorium membuat kurva dosis respon aberasi kromosom yang diinduksi oleh berbagai jenis radiasi untuk dapat digunakan sebagai kurva acuan dalam memprediksi dosis radiasi yang di terima seseorang akibat paparan radiasi berlebih. Hayata mengatakan bahwa pembentukan 390
Tabel 2. Nilai koefisien linier (α ) dan kuadratik ( β ) dari radiasi sinar X Jenis radiasi Laju dosis Rentang dosis(cgy) α x 10-4 β x 10-4 Peneliti Sinar Gamma Co-60 100 (cgy/menit) 100-400 1,4 4,5 Yanti dkk Sinar X 200 kvp - 20-400 7,5 0,07 Sasaki [10] Sinar X 250 kvp 100 (cgy/menit) 50-800 4,7 0,06 Llyod [11] 4. KESIMPULAN DAN SARAN Hubungan dosis respon aberasi kromosom yang diinduksi radiasi gamma Co-60 yang dianalisis statistik dengan model linear kuadratik adalah Y = 0,3.10-4 + 1,4.10-4 D + 4,5.10-4 D 2, dengan nilai a adalah 0,3.10-4, koefisien α adalah1,4.10-4 koefisien β adalah 4,5.10-4 dengan nilai koefisien korelasi r adalah 0,97. Data kurva respon dosis ini dapat digunakan sebagai data awal untuk pembuatan atau memperoleh kurva standar yang dapat diaplikasikan sebagai dosimeter biologi 5. DAFTAR PUSTAKA 1. JACOB, P., BAILEFT. I., BAUCHINGER. M., HASKEL.E and WIESER.A, Restrospectife Assessment Of Exposure to Ionizing Radiation. International Commision on radiation Unit and Measurement. INC. June 2000 2. EDWARD, A.A., The use of chromosomal aberrations in human lymphocytes for biological dosimetry, Radiation Research 148 (1977) 538-544 3. HALL, E. J., Radiobiology for Radiobiologist, Fourth Edition, J.B. Lippincot Company, Philadelphia, Baltimore, New York, London (1993). 4. IAEA, Cytogenetic Analysis for Radiation Dose Assesment (A Manual Series No. 405), IAEA, Vienna (2001). 5. UNSCEAR REPORT, Sources and Effects of Ionizing Radiation (Vol.II), United Nations, New York, (2000) 6. LLOYD,D.D.C., PYRROTT,R.J & REEDER,G.J. TheIncidence of unstable chromosome abberrations in pheripheral blood lymphocytes from unirradiated and occupationally exposed people, Mutations Research 72 (1997)523-532 7. IAEA, Absorbed Dose Determination in Photon and Electron Beams an International Code of Particle (Technical Reports Series. 277 2 nd ed), IAEA, Vienna, (1987). 8. BUSHONG, C.S. Radiologic Science for Technologist, Fourth Edition. C.V Mosby Company Toronto, (1988) 9. HAYATA, I., Advanced Cytogenetical Techniques Necessary for the Study of Low Dose Exposure in High Levels of Natural Radiation 1996 : Radiation Dose and Health Effects Laxia Wei Tsusomu Sugahara and Zupan Tao, Editors, Elsevier (1997) 10. SASAKI, M.S., Biological Aspects of Radiaton Protection, edited by T. SUGAHARA and O. HUG Berlin Springer 1971 11. LLOYD, D.C., PURROTT,R.J, DOLPHIN, G.W., BOLTON, D., EDWARDS. A.A and CORP, M.J. The relationship between chromosome aberrations and low LET radiation dose to human lymphocytes, International Journal of Radiation Biology 28 (1) ( 1975) 75-90 6. DISKUSI Zulfakhri PTNBR BATAN : Apakah dari penelitian ini sudah terjadi pengaruh radiasi gamma pada kromosom? Sebab kami membaca literatur cukup terakhir bahwa aberasi terjadi bila dikenai paparan lebih dari 1 KGy. Mohon penjelasannya. Sudah, dengan meningkatnya dosis maka frekuensi aberasi kromosom semakin meningkat. Dosis ambang terjadinya kerusakan kromosom pada manusia 25 cgy dan maksimal 800 cgy. Di atas dosis 391
tersebut kerusakan aberasi kromosom yang terjadi sudah tak dapat diamati, karena pada dosis tersebut sudah terjadi syndrome hematopolatil sehingga limfositnya sudah menurun jumlahnya. Rochestri Sofyan PTNBR BATAN : Ditinjau dari aspek teknis metode ini tidak perlu diragukan keandalannya. Akan tetapi pada prakteknya hasil pemeriksaan tidak dapat segera diperoleh karena diperlukan waktu sekitar 3 hari. Hal ini menyulitkan apabila terjadi kecelakaan nuklir, dan pada pekerja yang terpapar perlu diketahui segera tingkat penerimaan (dosis) atau tingkat efek biologisnya. Mohon dijelaskan. Pada kasus kedaruratan nuklir, parameter yang digunakan untuk mengetahui efek biologi segera umumnya yang pertama adalah jumlah limfosit absolut. Namun untuk metode analisis aberasi kromosom diperlukan waktu sekitar 1 2 minggu. Metode lain yang direkomendasikan oleh IAEA adalah metode PCC, yaitu Premature Chromosome Condensasi menggunakan CHO mitotic cell. Metode ini relatif lebih cepat. Maria Lina PATIR BATAN : 1. Berapa jumlah sampel darah yang dicoba? Sampel tersebut diambil dari orang normal (tidak pernah terpapar) dan pekerja radiasi? Karena ini sangat penting untuk digunakan sebagai pembanding. 2. Apakah juga digunakan standar untuk menentukan dosis berapa terjadi aberasi kromosom? 1. Pada penelitian ini jumlah sampel yang digunakan dari 4 orang, dan untuk setiap dosis radiasi dilakukan 3 kali ulangan. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah dari sampel pekerja normal bukan pekerja radiasi. 2. Sangat penting, karena ada dosis ambang untuk terjadinya aberasi kromosom ini yaitu 20 25 cgy. Poppy Intan Tjahaja PTNBR BATAN : Kami juga melakukan analisis aberasi kromosom di PTNBR, tetapin sampai saat ini belum bisa mendapatkan sediaan kromosom yang baik. Berdasarkan pengalaman, tahapan-tahapan mana dari proses analisis kromosom yang sering menimbulkan kegagalan? Bahan pokok yang sangat berpengaruh pada proses kultur adalah Phytohaemaglutinin (PHA) yang berfungsi sebagai stimulator yang menstimulasi sel limfosit untuk melakukan pembelahan. 392